KR950013301B1 - 엔진 실린더 헤드용 기계적 피로 시험 벤치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

엔진 실린더 헤드용 기계적 피로 시험 벤치
제 1 도는 장치의 대략 횡단면도.
제 2 도는 가열 베어링 유체의 개략 회로도.
제 3 도는 한쪽의 상승되고(좌측) 다른쪽이 낮아진(우측) 피스톤을 구비한 두 개의 분사펌프의 횡단면도.
제 4 도는 연소실(1), (2), (3), (4) 각각에서의 시간함수로서 압력이 발생하는 것을 나타내는 방법도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 실린더 헤드 2 : 연소실
3 : 접속부재 4 : 유압 베이스 유닛
5 : 분사펌프 6 : 통로
7 : 피스톤 헤드 8 : 피스톤
9 : 대칭캠 10 : 엔진축
12 : 중앙 보어 13 : 포트
14 : 측면 홈 16 : 라이너
17 : 리턴회로
본 발명은 자동차용 내연기관의 실린더 헤드용 기계적 피로 실험 벤치에 관한 것이다.
자동차 엔진의 개발에 있어서 마력과 효율의 경쟁은, 실린더 헤드가 더욱 증가된 열적 기계적 응력을 받는 것을 의미한다. 이러한 응력은 실린더 헤드내에 두가지 형태의 파손을 발생한다.
첫째, 열적으로 연소실내에 균열이 발생하고, 둘째, 물챔버내에 균열이 발생한다.
이러한 둘째 문제점은 응력에 잘 견디는 것을 경험에 의해 알고 있었던 실린더 헤드를 제조하는 합금의 조성과 실린더 헤드의 형태의 경험적인 수정에 의해서만 현재로서는 해결된다. 형태를 수정하는 효율성은, 엔진 실험 벤치에서 검사하여야 하지만, 고가이고 시간소비가 과다하여 실행하는 것이 곤란하였다. 그러므로, 실린더헤드를 신속히 실험할 수 있는 곳에 다시 사용 가능한 방법으로 설치하는 것이 필요하였다. 본 발명에 따른 실험벤치는 이러한 문제점이 부합한다. 그러므로, 벤치는 다음과 같은 주구성품으로 이루어진다.
-연소실을 압압하고, 물챔버를 개재해서 가열 베어링 유체를 순환하는 유압장치에 접속 부품에 의해 실험된 실린더 헤드를 고정하는 것이 가능한 기계장치와, 다시 사용 가능한 방법으로 연소실내에서 시간의 함수로서 가능한한 정확히 압력 사이클을 가장하는 압력 발생장치와, 하나는 대기 온도에서, 다른 하나는 더 높은 온도(예를들면 180°)에서 프로그램된 사이클에 따라 교대로 사용가능한 두 개의 다른 회로를 구비한 물챔버를 개재해서 가열 베어링 유체를 순환하는 시스템으로 이루어진다.
더욱 정확히하기 위하여, 실험된 실린더헤드는, 한쪽면은 그 디자인(실린더 중심 사이의 거리, 순환하는 물의 유입 및 유출구, 고정나사의 하우징 등)으로 다른쪽면은, 유압 베이스 유닛의 디자인과 열베어링 유체의 분포로 가공된 평행육면체 접속부재에 종래의 방법으로 고정된다. 고정은 나사로 하여, 종래의 엔진과 같이 종래의 실린더 헤드 가스켓으로 확실하게 밀봉한다. 실린더 헤드는 모든 폐쇄된 위치에 밸브가 제공된다.
유압 베이스 유닛은 압력을 발생하는 유압장치(분사펌프)와 접속부재를 일치하는 평평면으로 이루어진다.
유압 어셈블리에 접속부재를 장착하는 것은 나사로하며, 0-링으로 확실한 밀봉을 얻는다. 유압구성은 :
-레벨 센서를 구비한 공급용기
-공급펌프
-분사펌프로의 유입밸브
-펌프의 피스톤 행정을 결정하는 캠에 의해 각각 작동하는 분사 펌프
-아래방향으로의 압력변화와 2와 20MPa 사이의 최대 상대 압력을 조정하는 밸브
-5와 10MPa/ms 사이의 압력증가를 모니터하기 위해, 체적 변이하지만 실험전에 조정가능한 모니터 챔버
-압력위상이 감소하는 동안 팽창을 향상하도록 각각의 분사 피스톤으로 방출하는 방출장치.
-압축 유체, 통상 오일 이외에 다음과 같은 것을 추가로 구비할 수 있다.
-초기 공기를 빼낼수가 있는 실린더 헤드의 상단부에서의 누설 오리피스(이러한 드레인회로는 원래의 분사기(0.3㎜의 구경)내에 설치되어, 일정하게 개방된 채로 있으므로, 영구적이며, 약간의 누설흐름이 있다)
-압축 유체를 냉각하는 것이 가능한 열교환기
-시간의 함수로서 압력의 변화를 모니터할 수 있는 압력센서 분사 펌프의 작동켐(엔진내의 실린더 수만큼)이 그 축과 대칭해서 있고, 실린더의 종래의 분사 시이퀸스(예를들어, 4기통 엔진에 대해 1, 3, 4, 2)를 재생하기 위하여 45°정도 옵셋된다. 열 베어링 유체의 분배는 다음과 같은 두 개의 회로로 이루어진다.
-하나는 대기온도에서의 열 베어링 유치의 용기와, 다른 하나는 열 및 온도 조정수단이 구비된 열베어링 유체의 용기로 된 두 개의 용기
-순환펌프
-회로 양쪽에 접속부재와 실린더헤드를 접속할 수 있는 분배장치
-용기로 돌아가는 파이프
이러한 장치에는 바닥 밸브와 탱크내지 여과기, "콜드(cold)" 탱크내의 열교환기, 안전 측정치로서 제공된 구경의 방출 밸브가 부가된다.
분배 장치는, 예를들어, 프로그램 가능한 전기 작동된 밸브에 의해 작동되는 다이아프램 밸브로 구성된다. 각각의 회로에 지속해서 조정할 수 있는 사이클은 3분(실험 실린더 헤드내에 열적 평형을 달성하는 시간에 대응한다)이거나 더 크다.
본 발명은 제 1 도 내지 제 4 도에 예시된 이하의 설명으로부터 더욱 명확하게 이해될 것이다.
실린더헤드(1)는 베이스가 접속부재(3)에 고정되고, 실린더 헤드 가스켓(도시하지 않음)에 의해 확실하게 밀봉된 연소길(2)을 개략적으로 도시하여 실험하였다.
접속부재(3)는 내부에 통로(7a)가 있는 유압 베이스 유닛(4)을 개재해서 분사펌프(5)와 접속할 수 있는 통로(6)를 가진다.
각각의 분사 펌프는 엔진축(10)에 장착된 대칭캠(9)을 통해서 로울러(11)에 의해 작동된 피스톤(8)으로 이루어진다.
피스톤헤드(7)는 4개의 포트(13)에 의해 측면홈(14)에 접속된 중앙 보어(12)로 이루어진다. 높은 위치에 피스톤이 있으면, 라이너(16)와 리턴회로(17)내의 구멍(15)과 대응한다.
유압 유닛(4)은 압축 유체(25)를 위한 유입 밸브(18), 체적을 적절한 길이의 피스톤(20)으로 조절할 수 있는 챔버(19), 나사(21) 및 체결너트(22)로 이루어진다.
또, 쌍방 안정된 형태로 2와 20MPa 사이에 조절가능한 압력제한 밸브(23) (폐쇄 압력은 개방압력 보다 적고, 개방 압력은 압축사이클의 압력변화(dp/dt)를 제어할 수 있다)로 이루어진다. 도면에서 압력센서(37)를 개략적으로 도시하였다.
전기 모우터(도시하지 않음)에 의해 구동된 펌프(24)는 0.7MPa의 압력유체(25)를 유압유닛으로 유도한다. 소망하던 최대값으로 압축한 후, 파이프(27)를 통해 탱크(26)로 되돌리고, 밸브(23)를 개방한 후, 분사 펌프(5)의 피스톤(8)을 통해 파이프(27), (17)를 통해 되돌린다.
마찬가지로 장치는 다음과 같은 구성 요소로 이루어진다.
-압력유체(물)를 위한 열교환기(28)
-여과수단(29)과 베이스밸브(30)
-필터(31)
-초기의 공기를 빼내는 탱크(26)로 누설하는 리턴 배관(33)에 접속된 누설 오리피스(32)(실제로, 원래의 분사기)
-공급 용기내의 레벨을 조정하는 조절기(34)
-압축 유체(25)가 오일이면, 분사펌프의 피스톤의 캠과 베이스는 오일욕내에서 가능하는, 윤활 회로(35) 열 베어링 유체를 운반하는 회로는 다음과 같이 구성된다.
-열 베어링 유체(41F), (41C)를 운반하는 두 개의 탱크(40F), (40C)
-전기 모우터(53), (54)에 의해 구동된 두 개의 수환 펌프(42F), (42C)
-이러한 펌프는 실험된 실린더 헤드(1)내의 하나 또는 다른 유체(41F) 또는 (41C)를 순환하는 유입구(44)와 유출구(45)를 제어하는 밸브와 덕트(43F) (43C)에 의해 접속부재(3)에 접속된다.
대기 온도에서 유체를 함유하는 용기(40F)는 열교환기(47)가 제공된다. 뜨거운 유체를 함유하는 용기(40C)는 가열 레지스터(48)와 온도 조절 수단(도시하지 않음)과 같은 가열수단이 제공된다. 회로(43F) 또는 (43C)에는 안전 레벨(50F), (50C)로 측정된 방출 밸브가 놓인다. 밸브(44), (45)는 타이밍 메카니즘(도시하지 않음)에 의해 제어되는 전기 작동의 밸브(51), (52)에 의해 작동된다. 냉각 유체(41C), (41F)는 예를 들어, 오일, 동결 방지제가 첨가되거나 되지 않은 물 등에서 선택해도 좋다.
다음과 같이 실험이 완료되면,
-한편으로 압력 사이클내의 변화에 의해, 압력 상승의 감소
-다른 한편으로, 공급용기내의 레벨이 낮아짐에 의해, 일부 유체가 열베어링 유체의 회로를 통과함을 알 수 있다.
본 발명에 의한 장치는 제한된 시간(특히 엔진 실험 벤치 설정에 관해 요하는 것)내에 이하가 가능해진다.
-주어진 형태의 실린더 헤드에 대해, 가장 적절한 합금을 형성하는 것
-자동차 실린더 헤드에서의 요구에 더욱 적합한 새로운 합금조성을 개발하는 것
-새로운 형태의 실린더 헤드를 급속히 실험하는 것
-비교적 기계적인 피로 스케줄을 작성하는 것.

Claims (14)

  1. 중간의 접속부재(3)에 실험 실린더 헤드(1)를 고정하고, 설정유압(4, 5)의 수단, 연소실(2) 및 순환열 베어링 유체(41C), (41F)의 수단에 접속하는 장치와, 연소실 내에서 시간의 함수로서 압력 사이클을 재생할 수 있는 방법으로 가능한 정확히 압력사이클을 가장하는 압력발생장치(5)와, 하나는 대기온도(B)에서, 다른 하나는 더 높은 온도(C)에서 회로의 작동을 제어하는 조정가능한 타이밍 장치의 수단에 의해 교대로 사용된 두 개의 다른 회로를 구비한 실린더헤드(1)의 물챔버내의 열 베어링 유체를 순환하는 시스템으로 이루어진 실린더 헤드용 기계적 피로 인성 실험벤치에 있어서, 각각의 연소실 내의 압축 사이클은, 피스톤(8)의 방출시스템(12, 13, 14)과 압력제한(23)의 양쪽 안정값에 의해 얻은 최대 압력값의 조절을 통해, 모니터 챔버(19)의 체적 조절로, 공급펌프(24)에 의해 공급된 분사펌프(5)의 이동에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 기계적 피로인성 실험벤치.
  2. 제 1 항에 있어서, 압력 발생 유체(25)는 오일인 것을 특징으로 하는 시린더 헤드용 기계적 피로 인성 실험 벤치.
  3. 제 1 항에 있어서, 모니터 챔버(19)의 체적의 조절은 피스톤(20)에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 기계적 피로 인성 실험 벤치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상승 압력 변화는 5∼10MPa/msec로 변하는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 기계적 피로 인성 실험 벤치.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상승 압력 변화는 5∼10MPa/msec로 변화는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 기계적 피로 인성 실험 벤치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 최대 상대 압력은 2와 20MPa 사이에 조정되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 기계적 피로 인성 실험 벤치.
  7. 제 4 항에 있어서, 최대 상대 압력은 2와 20MPa 사이에 조정되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 기계적 피로 인성 실험 벤치.
  8. 제 1, 2, 3, 4 또는 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 피스톤(8)의 행정은 대칭 캠(8)에 의해 중첩되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 기계적 피로 인성 실험 벤치.
  9. 제 1, 2, 3, 4 또는 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 방출시스템은, 높은 위치에 있는 피스톤(8)에 대해 자켓(16)내의 구멍(15)과 대향해서 설치된 측면홈(14)과 연통하는 채널(13)에 접속된 축방향 보어(12)로 이루어진 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 기계적 피로 인성 실험 벤치.
  10. 제 1 항에 있어서, 열베어링 유체를 순환하는 시스템은, 두 개의 유체 용기(40C, 40F) 두 개의 순환 펌프(42C), (42F), 두 개의 밸브(44, 45) 및 유입 및 리턴 파이프(43F, 43C, 46F, 46C) 대기온도에서의 하나의 회로(F), 상승된 온도에서의 다른 하나의 회로(C)로 이루어진 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 기계적 피로 인성 실험 벤치.
  11. 제 2, 3, 4 또는 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 열베어링 유체를 순환하는 시스템은, 두 개의 유체 용기(40C, 40F) 두 개의 순환 펌프(42C), (42F) 두 개의 밸브(44, 45) 및 유입 및 리턴 파이프(43F, 43C, 46F, 46C)대기온도에서의 하나의 회로(F), 상승된 온도에서의 다른 하나의 회로(C)로 이루어진 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 기계적 피로 인성 실험 벤치.
  12. 제 11 항에 있어서, 벨브(44, 45)는 조정가능한 타이밍 기구에 의해 제어되는 전기적으로 작동된 밸브에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 기계적 피로 인성 실험 벤치.
  13. 제 12 항에 있어서, 타이밍 기구에 의해 중첩된 사이클의 지속기간은 3분이상인 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 기계적 피로 인성 실험 벤치.
  14. 제 1, 2, 3, 4, 7 또는 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 열 베어링 유체(41F), (41C)는 동결방지 제품이 첨가되지 않은 오일 또는 물인 것을 특징으로 하는 실린더 헤드용 기계적 피로 인성 실험 벤치.
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